Kraftfull kombination av två metoder avslöjar nervcellers identitet

I två olika studier som publiceras samtidigt i tidskriften Nature Biotechnology har forskare vid Karolinska Institutet i samarbete med österrikiska och amerikanska kollegor lyckats kombinera två metoder för att potentiellt analysera och kartlägga hjärnans alla celltyper på enkelcellsnivå. Den nya kombinationsmetoden Patch-seq gör det möjligt att identifiera nya och tidigare okända celltyper i hjärnan – och även få en uppfattning om deras funktion kopplat till specifika beteenden.

Bakom den första studien står Rickard Sandberg, professor vid institutionen för cell- och molekylärbiologi, Karolinska Institutet, samt knuten till Ludwiginstitutet i samarbete med Andreas Tolias på Baylor College of Medicine, USA. Den andra studien är ett samarbete mellan Sten Linnarsson, professor vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet, och Tibor Harkany, professor vid samma institution samt även vid MedUni Vienna, Österrike. Tidigare arbeten där den nyaste av de båda teknikerna presenterats har bland annat publicerats i tidskrifterna Science och Nature Methods.

I de båda nya studierna i Nature Biotechnology har forskarna för första gången lyckats kombineras två metoder på ett nytt sätt. Den första metoden är elektrofysiologi, en klassisk teknik som länge varit standardsättet för att typbestämma nervceller i hjärnan. En mycket tunn pipett sticks in i cellen och genom den kan forskarna mäta de elektriska egenskaperna i en enskild nervcell. Den andra metoden är enkelcells-RNA-sekvensering, som låter forskarna mäta vilka gener som är aktiva i en specifik cell och på så sätt avgöra cellens molekylära identitet. I studierna gör forskarna den elektrofysiologiska mätningen på en enskild cell först och därefter suger de ut hela cellens innehåll genom pipetten. I cellinnehållet analyserar de sedan vilka gener som är aktiva i just den cellen.

Förstå hur hjärnan fungerar

– Kombinationsmetoden kan få stor betydelse för forskningen kring att förstå hur hjärnan fungerar. Metoden gör det möjligt att både få reda på vilka celler som pratar med varandra i nätverken i hjärnan, genom elektrofysiologiska mätningar, och också vilka celltyper som ingår i nätverken, säger Sten Linnarsson.

Ett annat möjligt användningsområde är studier av sjukdomar i hjärnan där man har information om vilka gener som är inblandade. Kombinationen av teknikerna gör det möjligt att koppla ihop genetiska och elektrofysiologiska egenskaper hos enskilda celler, för att bättre förstå de typer av celler som är inblandade i olika sjukdomar.

De både studierna är gjorda oberoende av varandra. Forskningen har finansierats med anslag från bland andra Vetenskapsrådet, Stiftelsen för strategisk forskning, Europeiska vetenskapsrådet ERC, EU:s sjunde ramprogram och Hjärnfonden.

Text: Karin Söderlund Leifler

• Läs ett pressmeddelande från MedUni Vienna (engelska)
• Läs ett pressmeddelande från Baylor College of Medicine (engelska)

Publikationer

“Morphological, electrophysiological and transcriptomic profiling of single neurons using Patch-seq”, Cathryn R. Cadwell , Athanasia Palasantza, Xiaolong Jiang, Philipp Berens1, Qiaolin Deng, Marlene Yilmaz, Jacob Reimer, Shan Shen, Matthias Bethge, Kimberley F. Tolias, Rickard Sandberg, and Andreas S. Tolias, Nature Biotechnology, online 21 December 2015, doi: 10.1038/nbt.3445.

“Integration of electrophysiological recordings with single-cell RNA-seq data identifies neuronal subtypes”, Janos Fuzik, Amit Zeisel, Zoltán Máté, Daniela Calvigioni, Yuchio Yanagawa, Gábor Szabó, Sten Linnarsson, and Tibor Harkany, Nature Biotechnology, online 21 December 2015, doi: 10.1038/nbt.3443.